涵洞工程施工方案新建杭州至長沙鐵路客運專線工程浙江段云桂鐵路（云南段）項目經理部節能、環保水壓光面爆破1-中鐵四局集團杭長鐵路客運專線浙江段項目經理部一分部2-中中鐵十局集團有限公司誠實和諧求知創新目錄TOC\o"1-3"\h\u17431一、概況 -1-1873二、隧道水壓爆破概述 -1-8692（一）水壓爆破發展與優點 -1-1317（二）水壓爆破原理 -5-20166三、隧道水壓爆破施工方法 -5-500（一）隧道水壓爆破采用主要設備 -6-31464（二）隧道掘進水壓爆破的鉆爆設計 -6-206121.隧道掘進水壓爆破裝藥方法 -8-262322.隧道掘進水壓爆破的炮孔裝藥結構 -8-6069（三）施工工藝流程圖 -9-17504（四）具體施工步驟 -10-287181.炮泥制作 -10-160032.水袋制作 -11-268053.臺車就位和排險 -12-192624.測量布眼及鉆孔 -12-241195.安裝炸藥、水袋及炮泥 -13-71066.起爆網絡 -14-197627.爆后檢查及盲炮處理 -14-210828.炸藥退庫 -15-12135四、隧道掘進水壓爆破成效分析 -15-26596（一）水壓爆破粉塵和振動速度的監測 -15-204621.粉塵監測 -15-87042.振動速度監測 -17-4393（二）技術指標分析 -18-18370（三）經濟指標分析 -19-151521.使用水壓爆破每延米所節省的費用 -19-289052.剩余隧道開挖完成以后預計節省的費用 -22-24227五、體會 -22-節能、環保水壓光面爆破技術一、概況老格山隧道位于云南省文山州境內，進口里程DK478+860，出口里程DK481+384，全隧道設計為9‰單面下坡，全長2524米，隧道設計時速200km/h，預留250km/h，為雙線鐵路隧道，圍巖以Ⅱ級為主，開挖采用全斷面水壓光面爆破。項目部首先在老格山隧道使用水壓爆破新技術。通過專家指導、人員培訓、現場實踐，逐步對該技術熟練掌握，在節省炸藥、增加掘進進尺和改善隧道內施工環境等方面取得了很好的效果，并已推廣到本標段各隧道。二、隧道水壓爆破概述（一）水壓爆破發展與優點隧道水壓爆破是利用在水中傳播的爆破應力波對水的不可壓縮性，使爆炸能量經過水傳遞到炮眼圍巖中幾乎無損失，十分有利于巖石破碎。是我國隧道掘進技術從“濕法”鉆孔代替“干法”鉆孔、從非電起爆代替火爆和電爆以來的第三個質的飛躍和變化。水壓爆破是由我國著名的爆破專家何廣沂教授提出，利用水可以增強爆破的效果，提高炸藥利用率，有效地控制沖擊波、飛石，減弱爆破振動。根據當前國內隧道工程爆破的現狀，為解決工程爆破中存在多年已久的不能充分利用炸藥能量和嚴重污染環境兩大難題，結合炮眼堵塞技術，總結了一整套完善的水壓爆破施工工法。相對于常規爆破，水壓爆破起到了“三提高、兩減少、一保護”的作用，主要表現在：1、提高單循環進尺0.3～0.5m；2、提圖1老格山隧道縱斷面圖圖2隧道水壓爆破理論培訓圖3隧道水壓爆破現場培訓圖4水壓爆破專家講座圖5現場指導水袋、炮泥制作高光面爆破效果，常規爆破的炮眼利用率為80%左右，而水壓爆破的炮眼利用率可以達到98%以上，隧道線性超挖由原來的10cm～15cm降低到現在的7cm～11cm；3、提高炸藥利用率，每米進尺可節省炸藥16.338kg，炸藥節省率達到15.9%；4、減少洞碴大塊率；5、降低振動速度，比常規爆破振動速度降低50%左右，減少了對周邊圍巖擾動；6、粉塵含量降低，比常規爆破粉塵濃度降低55％左右，通風排煙時間可以減少30分鐘，保護了作業人員身體健康。（二）水壓爆破原理隧道水壓爆破是往炮眼中的一定位置注入一定量的水，然后用專門的炮泥機生產炮泥回填堵塞。由于炮眼中有水，因水具有壓縮性極小、變形能低、熱能損失小等特性，在水中傳播的水激波能夠按照水的“液壓”作用，較均勻的、幾乎無損失地把能量傳遞到圍巖中。另外，在水激波做功的同時，被爆炸氣體沖擊壓縮的高壓水擠入爆生裂隙中，形成“水楔”，這種“水楔”的尖劈作用加劇了裂隙的延伸和擴展，使破碎塊度更均勻；同時，炮眼中的水在高溫高壓下被霧化，充分吸收了有毒、有害爆生氣體及粉塵，起到了霧化降塵的作用，大大降低了粉塵對環境的污染，改善了洞內空氣質量。三、隧道水壓爆破施工方法老格山隧道自2013年3月18日進行首次水壓爆破施工以來，經過數次試驗確定裝填參數，目前水壓爆破技術已走向成熟。（一）隧道水壓爆破采用主要設備表1水壓爆破主要設備設備名稱單位數量設備名稱單位數量氣腿鉆機臺18通風機臺4裝載機臺2KPS-60水袋機臺1挖機臺1PNJ-A炮泥機臺1出碴車臺4皮卡車臺1空壓機臺6（二）隧道掘進水壓爆破的鉆爆設計在老格山隧道Ⅱ級圍巖開挖施工中通過現場光爆（非水壓）試驗選定的各光爆參數如下:詳見圖7炮眼布置圖、表2非水壓爆破裝藥參數。采用水壓爆破時在掏槽形式、炮眼布置、數量、深度、起爆順序和時間間隔等的設計與常規爆破一模一樣，所不同的是在每個炮眼中增加了水袋和炮泥，裝藥量和裝藥結構也有所不同。表2非水壓爆破裝藥參數表3水壓爆破裝藥參數圖7炮眼布置圖經過試驗確定，老格山隧道水壓爆破的裝藥結構與常規爆破相比，掏槽眼、擴槽眼、輔助眼、內圈眼和底板眼每孔減少裝藥0.2kg；每循環總共節省炸藥23kg（不含多進尺節省炸藥）。詳見表3水壓爆破裝藥參數。1.隧道掘進水壓爆破裝藥方法采用人工用木制炮棍裝藥，由施工人員將藥卷逐個裝入炮孔，并用炮棍輕輕搗實，避免藥卷之間間隔較大，影響傳爆。在裝藥過程中嚴禁大力用炮棍搗實炸藥，防止用力過猛后使水袋破裂或使裝藥密度過大，造成炸藥壓死拒爆。隧道掘進水壓爆破的炮孔裝藥結構（1）周邊眼采用空氣間隔、不耦合裝藥，采用導爆索起爆，將導爆索插入空底藥卷內，炸藥均勻分布裝入炮孔內。為克服底部炮眼的阻力，一般將底部藥量稍微加大。在裝藥前先在炮眼孔底裝入長約20cm的一節水袋，并在裝藥結束后距孔口80cm再裝入2節水袋，再進行炮泥堵塞。（如圖8）。圖8周邊眼裝藥結構示意圖（2）掏槽眼掏槽眼采用斜眼掏槽，與開挖面間的夾角α=70°左右。采用連續耦合裝藥，雷管埋入孔底藥卷，聚能穴朝孔口方向。在裝藥前先在炮眼孔底裝入長約20cm的一節水袋，并在裝藥結束后再裝入4節水袋，再進行炮泥堵塞。其結構如圖9。圖9掏槽眼裝藥結構（3）擴槽眼、輔助眼、底邊眼等采用連續耦合裝藥，雷管埋入孔底藥卷，聚能穴朝孔口方向。在裝藥前先在炮眼孔底裝入長約20cm的一節水袋，并在裝藥結束后再裝入3節水袋，再進行炮泥堵塞。其結構如圖10。圖10擴槽眼、輔助眼、底邊眼裝藥結構（三）施工工藝流程圖圖11水壓光面爆破施工工藝流程圖（四）具體施工步驟1.炮泥制作炮泥采用PNJ-A型炮泥機制作而成，機器外型尺寸150×45×53（cm），結構簡單，操作方便，兩人每小時可制作炮泥400～500個。制作炮泥就地取材、節約成本并調整好炮泥配合比，保證炮泥有一定的強度同時方便炮泥填塞過程易于搗碎，便于孔口封堵密實。圖12炮泥機及炮泥制作圖13制作好的炮泥經多次試驗，確定以黏土為主炮泥，配合比為：土：砂：粉煤灰：水=100：6：7：15。配料采用磅秤稱重，混合料按照配合比人工拌勻，軟化1～2小時后，裝入炮泥機的進料倉，開動電鈕開始生產，將其制作成直徑32mm，長20cm～30cm的炮泥節裝箱。如圖12、圖13所示；制作好的炮泥放置時間不要太長，最好在使用前1～2小時制作好，若放置時間較長采用塑料膜覆蓋。使用時采用皮卡車裝箱運送至施工現場。圖14水袋機及水袋制作2.水袋制作水袋是由KPS-60型水袋自動封裝機生產而成，其工作原理：采用高壓泵式容積法計量方式進行灌裝，由凸輪機構完成水袋自動熱合封口。水袋機的外型尺寸97×36×100cm，整機功率0.68KW，電源為交流220V，50HZ，一小時可以生產500～600個水袋。具體操作：接通電源啟動機器、預熱封口機待溫度上升后試封2-3次，達到密封效果后進行正常生產。該封裝機每次制作水袋3個直徑32mm，長200mm的水袋，充滿后自動封口，而后將成品水袋裝箱。如圖14所示。3.臺車就位和排險上循環施工完成后，首先將開挖臺車就位，而后人工清理松動危石，保證施工過程安全。圖15鉆孔施工4.測量布眼及鉆孔用全站儀在掌子面上準確定出開挖輪廓線、周邊眼及掏槽眼位置，利用輪廓線確定輔助眼位置。鉆孔分區定崗，嚴格按孔位進行施鉆（圖15）。在測量的同時對前一個循環的爆破效果進行檢查,分析檢查結果,合理調整光爆參數。5.安裝炸藥、水袋及炮泥裝藥前采用PVC管通孔，確認孔深滿足要求。而后采用木桿按水壓爆破裝藥結構進行裝藥。周邊眼采用間隔裝藥,眼底部分適當增加藥量,導爆索連接；其它炮眼采用連續裝藥,全部采用反向起爆裝藥結構（圖16、圖17）。裝藥按炮眼藥量分配表3確定的裝藥量自上而下進行,雷管“對號入座”,裝藥后所有炮眼應堵塞炮泥,堵塞長度≮20cm。圖16裝藥結構示意圖17裝填過程6.起爆網絡起爆網絡采用簇連法，俗稱一把抓起爆法（圖18）。就是每個炮孔內裝一發延期導爆管雷管，然后將導爆管連成一把后，用1發電雷管起爆。連接好網絡后，等待其他施工人員撤離到警戒線以外后，由爆破員用起爆器在安全避炮點起爆。圖18起爆網絡示意圖7.爆后檢查及盲炮處理響炮30min后方可進入爆區檢查，并對爆堆的形狀大小、殘孔率、飛石最大距離及盲炮情況進行現場記錄，掌握一手資料，適時對爆破參數進行調整。如發現盲炮應立即通知專職爆破員進行處理，處理方法為：二次起爆法：若是由于起爆網絡連接不良造成的盲炮，可重新連線起爆；誘爆法：對于不能二次起爆的盲炮，如果周圍環境允許，可準確判明裝藥的具體位置，在原裝藥孔附近平行原裝藥孔進行鉆孔，裝入少量炸藥，利用小裝藥將其誘爆；人工排除法：采用高壓風吹出堵塞物，取出起爆雷管及炸藥。在處理盲炮時無關人員不得在場，并在危險區邊界設置警戒，危險區內禁止進行其他作業。盲炮處理后應仔細檢查爆堆，并將殘留爆破器材清理干凈。8.炸藥退庫在爆破結束后，炮工離開施工現場前，由爆破員將現場剩余火工品回收干凈，并退回庫房登記，做到賬賬相符，賬物相符。四、隧道掘進水壓爆破成效分析（一）水壓爆破粉塵和振動速度的監測1.粉塵監測粉塵監測采用P-5L2C型便攜式微電腦粉塵儀，在爆破后5分鐘，距掌子面20米位置進行粉塵濃度的監測。通過對連續5個循環常規爆破和5個循環水壓爆破的監測，如下表4所示：表4常規爆破和水壓爆破對粉塵濃度的影響統計對比表測定地點工種及狀態監測次數常規爆破粉塵含量（mg/m3）水壓爆破粉塵含量（mg/m3）降低的百分比距掌子面20米處爆破后5min，未通風115.757.2954%215.97.0656%316.27.3355%416.17.1256%515.957.1355%平均15.987.1955%常規爆破粉塵含量為15.98mg/m3，水壓爆破后粉塵含量為7.19mg/m3，比常規爆破粉塵濃度降低了55%，有明顯的降塵效果（如圖19）。常規爆破水壓爆破圖19常規爆破與水壓爆破粉塵對比表2.振動速度監測序號常規爆破（cm/s）水壓爆破（cm/s）振動速度降低的百分數x值y值z值x值y值z值△x%△y%△z%16.997.433.182.052.541.5125.157.173.452.242.981.6335.997.132.883.032.861.6444.757.373.172.962.641.52平均5.727.283.172.572.761.5755.06%62.13%50.38%振動速度監測儀采用了TC-4850型爆破測振儀。根據對距離掌子面50m位置的四組常規爆破數據和四組水壓爆破數據的監測，統計詳見表5。表5常規爆破和水壓爆破對隧道爆破振動速度的影響統計對比表從這個表上可以看得出來，通過對振動速度的測定，使用隧道掘進水壓爆破比常規爆破振動速度降低50%，效果十分明顯。常規爆破效果圖水壓爆破效果圖圖20常規爆破與水壓爆破效果對比（二）技術指標分析表6隧道掘進常規/水壓爆破主要技術參數對比表爆破類型單位巖石炸藥實際消耗量(kg/m3)平均炮眼利用率（%）爆碴塊度(cm)拋距(m)爆破后粉塵濃度(mg/m3)Z軸振動速度(cm/s)常規/水壓爆破0.882/0.74280.72/98.1280/5032.3/2515.98/7.193.17/1.57圖21隧道掘進常規/水壓爆破主要技術參數對比柱狀圖常規爆破的炮眼利用率為80.72%，而水壓爆破的利用率達到了98.12%，（如圖20）。單位耗藥量降低了0.14kg/m3，爆破振動速度降低了50.5%，粉塵濃度下降了55％，通風排煙由過去35～45分鐘縮短為15分鐘以內。由此可見，水壓爆破在節省炸藥、加快進度、縮短通風時間、改善洞內施工環境方面的優勢是十分明顯的。各項技術指標見表6。（三）經濟指標分析根據常規爆破和水壓爆破的現場統計數據對比，在相同開挖斷面面積、炮眼布置和鉆孔深度的前提下，水壓爆破比普通爆破每個循環多開挖0.336m，每循環節省炸藥23kg，每爆破一立方巖石節省炸藥0.14kg，最為顯著的是通風降塵時間縮短了20～30分鐘，經濟指標分析如下。1.使用水壓爆破每延米所節省的費用一是火工品節省的費用。老格山隧道開挖面積是116.7m2，每爆破一立方巖石節省炸藥0.14kg，節約炸藥約15.9%，炸藥的單價是每公斤10.4元，所以隧道每開挖每立方米節省1.456元，每延米節省169.92元；如果按照Ⅱ級圍巖目前的每月正常進度150m計算，常規爆破施工每循環進尺3.2m需要開挖47個循環，水壓爆破施工每循環進尺是3.5m，需要43個循環，這樣一個月節省4個循環。每循環使用雷管總計是178發（含連接網路的雷管是6發），雷管單價是5.6元。由此計算下來，采用水壓爆破每一延米節省雷管26.6元。導爆索每循環使用200m，單價3.07元/m，由此計算下來，采用水壓爆破每一延米節省導爆索16.37元。合計下來開挖每延米節省火工品212.89元。二是人工費和機械費的節省情況。按照常規爆破每月個47個循環，每循環比水壓爆破要少掘進0.336m，每月就少15.792m；實際人工費是按照循環計算的，開挖人員24人，雜工3人，工費平均250元/天，每一循環6750元，因此常規爆破的單價就是6750/3.2=2109.4元。每月少掘進15.792m合計就是33312元，按照水壓爆破每月進度164.5m考慮，每延米水壓爆破就要比常規爆破節省人工費202.5元。機械計費按照開挖工程量計算，不節省費用。三是通風時間縮短節省的電費。由于水壓爆破通風時間約40分鐘，常規爆破通風時間約15分鐘，每循環節省25分鐘，風機的功率是2×75kw，每度電1元，水壓爆破每延米節省電費20.53元。四是制作炮泥、水袋的支出費用。制作炮泥、水袋需要兩人，每工天按100元計算，每天支出人工費200元，每天進尺5米，每延米分攤40元。水袋機、炮泥機功率都考慮為4kw，每天使用四小時，用電費用為32元，每天進尺5米，每延米分攤6.4元。合計以后，制作炮泥、水袋支出每延米多支出費用68.51元。把以上節省的火工品費用、人工費用、電費以及節約混凝土費用合計，并除去水袋、炮泥的支出費用后，水壓爆破每延米節省費用：367.41元。表7隧道掘進常規/水壓爆破每立方經濟指標對比單價爆破類型項目常規爆破水壓爆破差價（元）火工品13.48211.6581.824人工費機械費18.07516.341.735電費0.